Nouvelle exposition permanente présentée dans la serre de la Cité des sciences et de l’industrie, Bio-inspirée, une autre approche en témoigne. Immergé dans trois écosystèmes naturels différents, le visiteur y découvre le biomimétisme, une démarche scientifique respectueuse du vivant et qui s’en inspire pour imaginer un monde plus durable et harmonieux.

Aux origines du biomimétisme

Le terme de biomimétisme apparaît pour la première fois en 1969 sous l’influence du chercheur américain Otto Schmitt. Presque trente ans plus tard, il revient sous la plume de la biologiste américaine Janine Benyus qui publie en 1997 : Biomimétisme, quand la nature inspire des innovations durables. Dans cet ouvrage qui a fait date, elle envisage le biomimétisme comme étant l’émulation consciente du génie de la vie, l’innovation inspirée par la nature. Selon l’auteure, en respectant les cycles de la vie et les équilibres du vivant, le biomimétisme offre des alternatives écologiques à de nombreuses problématiques, notamment technologiques, industrielles et environnementales. La diminution du nombre d’exploitations maraîchères en Île-de-France est le résultat de deux dynamiques concomittantes : d’une part la raréfaction du foncier agricole francilien et d’autre part la spécialisation de l’agriculture en faveur des grandes cultures céréalières.

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Le parcours de l’exposition

Le parcours, volontairement sensitif, propose une exploration du vivant. S’appuyant sur des sujets d’actualité, l’exposition permet une meilleure compréhension de la nature et de ses mécanismes, source d’inspiration de la pensée biomimétique.

Réveiller les sens et la curiosité

Dès l’entrée, le visiteur a tous les sens en alerte. Il est placé au cœur du vivant, sur un chemin de végétaux et de sons qui réagissent à sa présence. Durant la montée des escaliers qui mènent à la serre, il est alerté sur les enjeux environnementaux.

S’émerveiller dans un écrin de nature

Dans la serre - ouvrage architectural réalisé par Dominique Perrault en 1997 - cohabitent trois écosystèmes : un récif corallien et son bioréacteur à macro-algues, une mangrove, un sol forestier et son jardin en permaculture. Pour chacun d’eux, une planche illustrée par une dessinatrice naturaliste présente 8 à 10 espèces associées. D’une visite à l’autre, au gré des saisons, les visiteurs y voient se développer les écosystèmes. Ils y découvrent également les différents mécanismes du vivant et les voies de la bioinspiration.

La vie, fonctionnements choisis

L’observation du vivant permet d’identifier des fonctionnements communs à tous les animaux, végétaux ou micro-organismes. Les connaître et les comprendre révèle à quel point les êtres vivants, humains compris, sont interdépendants et liés aux conditions de vie sur Terre. Neuf entrées sont ici proposées : photosynthèse, coopération, CHNOP*, cycle, variabilité, local, sobriété, biosphère et interdépendances. Mis en exergue, ces fonctionnements du vivant permettent d’établir le cahier des charges qui guide la démarche bio-inspirée.

La voie de la bioinspiration

Apprenez de la nature, vous y trouverez votre futur préconisait Léonard de Vinci, il y a cinq siècles. Depuis, la pensée biomimétique a fait du chemin et permet aujourd’hui d’imaginer des modèles de développement plus durables. Le public accède dans l’exposition à des dispositifs ludiques et interactifs - jeux, quiz, maquette, films... - et des pistes de solutions bio-inspirées. De l’agroécologie pour une utilisation vertueuse de la terre, au stockage de données par l’ADN pour économiser l’énergie, les visiteurs découvrent un large éventail de domaines d’application de la bio-inspiration.

* acronyme mnémotechnique désignant les six éléments chimiques principaux qui constituent les êtres vivants : le carbone C, l’hydrogène H, l’azote N, l’oxygène O, le phosphore P.

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* voir glossaire

Les différents fonctionnements du vivant

La coopération, une autre loi de la jungle

Œuvrer en commun est un des fonctionnements fondamentaux des êtres vivants pour lutter contre la compétition. Se nourrir, se reproduire, se protéger… dépendent de la coopération. Créer des symbioses, stimuler les échanges entre les individus est une solution pour survivre. En observant le récif corallien, le visiteur constate que le corail – animal de l’embranchement des cnidaires* – s’associe naturellement par symbiose aux zooxanthelles - un type d’algue unicellulaire - et aux bactéries fixatrices d’azote. D’autres relations de coopération existent comme le mutualisme, la coexistence ou le commensalisme*. Le visiteur en découvre certaines, impliquant également l’humain, à travers un jeu d’association.

Les éléments CHNOP : quelques atomes pour une infinité de molécules

Sur Terre, plus de 96 % de la matière vivante est issue de l’assemblage de six atomes : le carbone, l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, le soufre et le phosphore. Quatorze autres s’ajoutent pour couvrir tous les besoins des êtres vivants. Combinés entre eux, ils se transforment pour devenir des molécules complexes, des organes ou encore des organismes. Ces éléments de base sont abondants dans la nature, pas ou peu toxiques, récupérables et donc recyclables, contrairement à de nombreux atomes composant nos produits manufacturés, rares et/ou toxiques pour beaucoup. Le visiteur découvre ces éléments qui constituent des matières organiques inertes comme le bois, le cuir, la nacre ou la laine… Il constate également la variété des éléments qui compose son corps et les compare avec ceux d’un objet du quotidien : le téléphone portable.

La biosphère et les interdépendances entre les êtres vivants

Les êtres vivants qui peuplent la Terre interagissent perpétuellement avec leur environnement et influencent les conditions biogéochimiques terrestres. Si un équilibre de la biosphère est perturbé, d’autres sont automatiquement impactés. Un dispositif interactif permet aux visiteurs de constater cet effet de ricochet. En plaçant leur main sur des empreintes qui symbolisent une hausse de CO2, une augmentation de la déforestation et de l’artificialisation des terres, ils agissent sur un paysage fictif. Ils constatent ainsi les répercussions sur l’ensemble de la biosphère. Plus loin dans la serre, cinq histoires d’interdépendances faites de protection mutuelle ou de prédation, d’équilibre ou de changement, de vie et de mort, complètent le dispositif.

La voie de la bio-inspiration

Matières d‘avenir

Verre, céramique, métaux, ciment ou encore plastique, la fabrication de ces objets ou matières repose sur un processus chimique. À haute température et/ou à haute pression, la chimie classique industrielle requiert l’utilisation de catalyseurs ou de solvants pour augmenter son efficacité. Ces substances, parfois issues de ressources rares, deviennent alors toxiques et non recyclables. Autres problématiques : la surconsommation d’énergie et la pollution induites par ces procédés. Trouver des alternatives à la chimie classique est donc un véritable enjeu écologique. Une fois encore, la nature est un réservoir d’idées. Les organismes vivants créent des matériaux à température et pression ambiante - verre, soie, colle… - à l’aide d’enzymes spécifiques sans création de déchet toxique. C’est le cas des diatomées. Ces micro-organismes unicellulaires vivant dans le plancton marin se protègent des agressions extérieures en fabricant autour d’eux une coque en verre. En s’inspirant des diatomées, les industriels sont parvenus à mettre au point le procédé sol/gel* leur permettant d’économiser de l’énergie et de fabriquer un verre à température et pression ambiante, qui s’adapte à de multiples usages. Ici, le visiteur associe le moulage d’un organisme au matériau qui s’en inspire. Une fois l’association réussie, il découvre un film d’animation révélant les dessous des processus de fabrication.

Les différents fonctionnements du vivant

La variabilité de la vie sur Terre et ses multiples formes d’adaptations

La biodiversité - génétique, spécifique et écosystémique - est un atout pour la résilience des êtres vivants, elle leur permet de récupérer leurs fonctions vitales et de continuer à se développer même après le choc d’un traumatisme. Ici, le visiteur appréhende l’avantage de la diversité à l’échelle d’une population, en comparant la résilience de deux familles d’escargots, l’une variée, l’autre peu variée. En actionnant successivement deux types de stress environnementaux - vague de froid et déforestation - subis par ces deux populations, le visiteur constate que la plus résiliente - celle qui conserve le plus d’individus - est la population la plus variée.

La photosynthèse ou comment le vivant se branche sur l’énergie du soleil

La photosynthèse est le processus par lequel les plantes convertissent l’énergie solaire en énergie chimique. Afin d’observer ce phénomène, deux plantes sont mises sous cloches, chacune soumise à des temps d’éclairement différents. Des capteurs enregistrent les quantités de CO2 et d’O2 qu’elles produisent suivant leurs conditions d’éclairement. Un système de time lapse mesure la production de matière végétale. Les données sont transmises en direct sur écran et enregistrées. Le visiteur peut voir les différences jour / nuit et l’évolution de la croissance de chacune des plantes au cours du temps.

La voie de la bio-inspiration

La sobriété ou l’optimisation pour le juste nécessaire

N’utiliser que l’énergie et les matériaux indispensables, éviter le gaspillage, adapter la forme à la fonction, privilégier des structures multifonctionnelles, sont autant d’actions du monde vivant qui permettent aux organismes une utilisation optimale de l’énergie et des ressources. Ici, deux manipulations invitent à explorer différents types de stratégies. La première vise à comparer la solidité entre une feuille plane et une feuille pliée. Le visiteur constate que la seule pliure médiane de la feuille assure sa solidité sans qu’il y ait besoin d’ajout de matière. Une feuille mince pliée est plus résistante qu’une feuille plane. La seconde manipulation propose au visiteur de découvrir les structures étonnantes de l’aile du papillon vues au microscope. À chaque grossissement, il associe l’image à l’une des multiples fonctions de l’aile et apprend ainsi qu’une seule molécule : la chitine, par sa multifonctionnalité, permet à l’aile du papillon Morpho d’être imperméable, antibactérienne, résistante et colorée.

Augmenter la résilience de nos ordinateurs

L’envoi d’un mail de 1 mégaoctet produit aujourd’hui en moyenne 15 g de CO2. La fabrication d’ordinateurs consomme également beaucoup d’énergie et utilise de nombreux métaux de plus en plus rares et difficiles à recycler. Cet épuisement des ressources menace les outils numériques. Pour un stockage et une circulation plus durable et écologique des données, une solution pourrait tenir en 3 lettres : ADN. Selon la chercheuse Dina Zielinski, quelques grammes d’ADN peuvent contenir tous les films et vidéos réalisés depuis l’invention du cinéma. Dans l’exposition, le public compare les capacités de stockage d’une fiole d’ADN à 22 disques durs contemporains. Le constat est sans appel ! 22 téraoctets de données sur disques durs peuvent être stockés sur 0,1 milligrammes d’ADN. Encore trop coûteuses et complexes à mettre en place, les techniques de lecture de l’ADN pourraient demain révolutionner nos usages informatiques. En attendant, pour économiser l’énergie, la sobriété reste la première solution bio-inspirée à adopter. Pour en témoigner, un dispositif multimédia propose au visiteur de choisir entre : stocker des fichiers sur un cloud, traiter des données via des outils utilisant l’intelligence artificielle - traduction automatique, traitement d’image... - et regarder une vidéo en streaming. Il obtient ensuite une notification lui donnant des informations sur la quantité de CO2 émis et la quantité d’énergie nécessaire pour l’action qu’il vient d’effectuer. L’occasion de s’interroger sur une plus grande sobriété dans les usages informatiques.

Les différents fonctionnements du vivant

Le cycle ou la rotation de matière

Les atomes constituant les êtres vivants sont recyclables, la mort nourrit la vie par un effet de rotation de matière. Lors du processus chimique de la décomposition, la matière organique morte se dégrade. Les molécules se cassent pour permettre aux atomes de prendre d’autres formes, devenant la matière première d’un nouvel être vivant. La notion de déchet n’existe donc pas dans la nature. Un extrait de l’écosystème forestier, disposé dans un bac vitré, laisse apparaitre des éléments en décomposition. Un système de time lapse associé à un appareil photo permet au public de visualiser sur un écran l’évolution du végétal mort passant de l’humus* au substrat* jusqu’à la germination*. Sur le même écran, un schéma résume les processus de décomposition observables.

Le local

Les êtres vivants sont présents partout sur la planète et occupent des habitats variés voire extrêmes : océan, glacier, air, désert… Participant à maintenir un équilibre dynamique et délicat, à l’échelle planétaire comme local, ils s’adaptent aux circonstances de pression, luminosité, chaleur… Hormis l’humain, aucune espèce vivante ne requiert de matière première non disponible localement. Les végétaux en sont la démonstration parfaite.

La voie de la bio-inspiration

Assurer l’alimentation des humains

Et si cultiver la terre consistait à mieux coopérer avec elle ? Aujourd’hui, les exploitations en monoculture industrielle, les engins motorisés et intrants chimiques, usent et appauvrissent des milliers d’hectares de sols.
Il est urgent de continuer à assurer la sécurité alimentaire de chacun, tout en préservant la terre, cette précieuse ressource. C’est l’ambition de l’agroécologie qui tient compte des équilibres de la nature et vise à plus de coopération entre les cultivateurs, les êtres vivants et la biosphère. En apprentis agro-écologistes, les visiteurs examinent par eux-mêmes les bénéfices de cette pratique. Virtuellement, ils transforment une exploitation agricole en y intégrant de nouvelles cultures - céréales, légumineuses, arbres fruitiers, verger maraîcher… -, chacune symbolisée par une pièce. Sur un écran, apparait le nouveau design de l’exploitation ainsi que le niveau de trois jauges représentant la biodiversité, la résilience économique de l’exploitation et l’optimisation des sols. Quand la partie s’achève, s’ils ont été de bons agro-écologistes, les meilleures combinaisons ont été trouvées. Les participants constatent qu’une exploitation agricole peut préserver les sols, augmenter la biodiversité et être économiquement viable et résiliente. Une autre agriculture est possible.

Sortir des énergies fossiles ou toxiques ?

La question est complexe tant le pétrole, le charbon et le gaz se sont imposés dans les transports, l’industrie, la pétrochimie, le chauffage et nos biens de consommation. En plus d’émettre du CO2 dans l’atmosphère et d’accroître le risque climatique, leurs combustions polluent l’air. Quant à l’électricité nucléaire, elle engendre une pollution radioactive des sols et augmente les risques d’accidents graves. Pour tenter de produire une énergie plus verte, la bioinspiration est une piste intéressante. Actuellement à l’étude, la photosynthèse artificielle pourrait permettre dans le futur de transformer l’énergie du soleil en hydrogène. D’ores et déjà, d’autres projets sont mis en œuvre et portent leurs fruits. Pour découvrir ces projets, les visiteurs éprouvent les méthodes des biomiméticiens en coopérant pour répondre à un quiz fondé sur les deux piliers de la démarche scientifique : le problem driven et le solution based. Dans le premier cas, ils partent d’un problème énergétique et sont amenés à découvrir un organisme vivant pouvant inspirer une solution. Dans le second cas, c’est un organisme vivant qui les aide à résoudre une problématique énergétique. Grâce à cette méthode, les visiteurs constatent par exemple, que pour trouver une nouvelle source d’énergie, le système de propulsion de l’anguille peut être une inspiration. Un projet d’hydroliennes qui miment le mouvement d’ondulation de ce poisson et produit une énergie plus respectueuse de l’environnement, existe d’ailleurs en France.

Construire un habitat écologique

Et si biomimétisme et architecture faisaient la paire ? La construction d’édifices accapare aujourd’hui des ressources parfois rares ou toxiques et provoque une artificialisation des terres qui fragilise la biodiversité et les équilibres planétaires.
À l’inverse, l’habitat bio-inspiré qui fonctionnerait tel un système vivant, subviendrait à ses besoins, produirait sa propre énergie, s’intègrerait harmonieusement dans son environnement naturel et rendrait à l’environnement ce qu’il lui emprunte. Les constructions bioclimatiques comme celles qui bénéficient du label Living Building Challenge (LBC), tendent vers l’autonomie en eau et en énergie grâce à des matériaux locaux qui stockent du carbone : paille, chanvre, ou bois. Ici, les visiteurs observent une maquette du Biomimetic Office Building (BOB) de l’architecte Michael Pawlyn. Véritable laboratoire de recherche en architecture bioinspirée, l’immeuble possède des entrées de lumière naturelle qui s’inspirent du poisson revenant, petit spécimen aux yeux énormes capables de voir dans l’obscurité des abysses. La grande voûte vitrée s’inspire du squelette de l’oursin, aussi solide que léger. Le bâtiment au design biomimétique, économe en énergie et en chauffage, isole, protège et garanti une température agréable et modérée.

Glossaire

Humus
Couche supérieure du sol créée, entretenue et modifiée par la décomposition de la matière organique, principalement par l’action combinée des animaux, des bactéries et des champignons du sol.

Germination
Début du développement d’un nouvel individu, d’une nouvelle plante, à partir d’une graine ou d’une spore. La germination désigne plus spécifiquement la reprise du développement et du métabolisme : absorption d’eau, respiration, activité enzymatique...

Substrat
En botanique, le substrat est un matériau qui sert de support à un végétal, plante ou algue. Il peut prendre la forme d’une roche, bois, racine, vase, boue, sédiment, sable, terre, terreau, humus, tourbe...

Aquaponie
Système qui unit la culture de plante et l’élevage de poissons ; les plantes sont parfois cultivées sur des billes d’argile, pouvant être irriguées en circuit fermé par de l’eau provenant d’aquarium où sont élevés les poissons. Des bactéries aérobies issues du substrat transforment l’ammoniaque contenue dans les urines et déjections des poissons en nutriments - nitrates notamment -, directement assimilables par la végétation. L’eau purifiée retourne ensuite dans l’aquarium.

Vasière
Habitat littoral, estuarien ou sous-marin ou d’eau douce constitué de matériaux sédimentés fins non sableux. Pour installer la vasière de l’exposition, il a été nécessaire d’apporter cinq tonnes de sable spécifique.

Palétuvier
Arbres ou arbustes tropicaux appartenant à diverses espèces d’angiospermes, capables de prospérer le long des rivages marins dans la zone de balancement des marées. Ils se caractérisent par des racines aériennes formant des arceaux ou des racines pneumatophores sortant de la vase, et par des graines qui germent sur l’arbre en donnant une radicule en forme de flèche qui se fiche fortement dans la vase.

Cnidaires
Groupe d’animaux marins à 99 %, possédant une symétrie radiale et des nematocystes : cellules capables de lancer un harpon urticant pour attraper des proies. Il regroupe les anémones de mer, les méduses et les coraux.

Commensalisme
Interaction biologique naturelle entre deux espèces, une des deux se nourrissant des débris ou parasites de l’autre, sans lui causer de tort.

Procédé sol-gel
Le sol-gel renvoie à la contraction des termes solution et gélification. C’est un procédé qui permet la synthèse de verres dans des conditions dites de chimie douce, à des températures largement inférieures à celles des voies classiques de synthèse. Son application principale se trouve dans la réalisation de couches minces.

Atterrir

Tel un cocon, cette salle de spectacle, située sous la serre, offre aux visiteurs un temps de pause qui leur permet d’interroger le discours de l’exposition et leurs propres perceptions. Dans un décor évolutif qui invite au voyage - forêt amazonienne, désert australien, savane... -, Atterrir, film en vidéo mapping, présente différents points de vue qui permettent au public de confronter son rapport à la nature, à d’autres modes de pensées provenant du monde entier.

L’espace Dialogues

Un espace documentaire doté d’ouvrages et d’objets met en avant l’essor que connait le biomimétisme ces dernières années et sa reconnaissance scientifique. Une veille accessible depuis un ordinateur et actualisée régulièrement par le Ceebios - Centre d’études et d’expertises en biomimétisme - répertorie des projets bio-inspirés. Plus loin, une borne permet aux visiteurs de prendre contact avec des chercheurs pour obtenir une réponse personnalisée sur une question liée à l’exposition ou au biomimétisme. L’ensemble de ces questions/réponses, disponibles sur la borne de consultation et sur le site internet de l’exposition, contribuent à faire évoluer son contenu. Enfin, un espace créatif de coloriage permet, quant à lui, la réalisation d’une fresque naturaliste et évolutive au gré des contributions des visiteurs. Rassemblés, les dessins écrivent le mot VIVANT.

Le Biolab, nouvel espace de médiation

Un lieu expérimental et collaboratif au service de la biologie et de l’environnement

Installé au sein même de l’exposition Bio-inspirée, une autre approche, le Biolab est un lieu ouvert d’échange et d’expérimentation autour de l’environnement et des organismes microscopiques. Il suscite la participation active du public par le biais du questionnement, de l’observation, de la démarche scientifique et du partage des données. Ici, les visiteurs sont acteurs et contribuent à des projets de science participative pour la sensibilisation de tous aux enjeux de la transition écologique.

Les ateliers du Biolab

Lieu de médiation scientifique, le Biolab s’inscrit naturellement dans une dynamique de participation. Sa programmation évolue en fonction des observations et des investigations menées par les visiteurs, comme de leurs préoccupations et souhaits. Les thématiques suivantes sont de premières pistes d’exploration pour des projets qui vont se tisser au fil du temps, des rencontres et des collaborations.

Nuances végétales

Les visiteurs fabriquent des bio-encres et des bio-teintures à partir d’organismes vivants : végétaux, champignons, micro-organismes…
Ateliers publics individuels : samedi, dimanche et tous les jours sauf lundi et vendredi pendant les vacances scolaires.

Sol vivant, un monde insoupçonné

Le public identifie la biodiversité microscopique pour mieux connaître et caractériser les sols. Il contribue aux projets de sciences participatives INRAE, tels que BISES* et Jardibiodiv*.
Ateliers publics individuels : samedi, dimanche et tous les jours sauf lundi et vendredi pendant les vacances scolaires. Ateliers publics scolaires : dans le cadre d’accompagnement de projet.

Microplongée en eaux douces

Les visiteurs observent et réalisent des analyses microbiologiques en eaux douces, suivant l’évolution de la biodiversité. Ateliers scolaires sur réservation.

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* ANR Bises a pour objectif de mieux connaître la biodiversité des sols urbains
et leur influence sur les fonctions et services écosystémiques rendus.
* Jardibiodiv est né en 2017, avec pour objectif d’inventorier et de dénombrer de manière ludique et grâce à la participation du plus grand nombre, les invertébrés vivant en surface du sol. Jardibiodiv vise à sensibiliser le grand public sur l’importance des êtres vivants du sol, par le biais d’un outil numérique et ludique : observer, inventorier, dénombrer.